CN205847702U - 一种基于ofdm技术的智能集中控制器 - Google Patents

Abstract

本实用新型介绍了一种基于OFDM技术的智能集中控制器，它包括三相电源的A相线、B相线、C相线和零线，在A相线和零线之间连接有AC‑DC模块，A相线、B相线、C相线和零线还分别与耦合变压器相连，耦合变压器与模拟前端芯片连接，模拟前端芯片通过SPI接口与DSP芯片相连，DSP芯片通过串口与高端ARM芯片相连，高端ARM芯片通过串口与计量模块相连，在高端ARM芯片的MMC接口上连接有TF卡，高端ARM芯片还分别通过数据总线与DDR3存储器和NAND存储器相连，高端ARM芯片还通过视频控制总线与液晶显示触摸屏相连，高端ARM芯片通过串口与GPRS模块相连，在高端ARM芯片的网卡接口上还连接有有线通信模块。本实用新型处理能力更强，速度也更快，还具有很好的扩展功能。

Description

一种基于OFDM技术的智能集中控制器

技术领域

本实用新型涉及一种路灯的控制装置，尤其是一种基于OFDM技术的智能集中控制器，属于物联网技术领域。

背景技术

当前路灯领域的信息化系统主要是对线路管理的三遥系统，三遥系统中的集中控制器主要实现回路的控制、采集等。现有的集中控制器一般是直接输出控制信号来控制交流接触器的开关从而实现回路的开关，它一般通过485接口实现与其他设备的接入。但是，随着单灯监控的应用，用于三遥的集中控制器由于没有电力载波模块，所以已经不能满足应用需求。而且用于三遥的集中控制器主处理芯片大都采用ARM9芯片，其处理能力较弱。不仅如此，用于三遥的集中控制器大都还采用存储芯片进行存储，由于存储芯片的写入有寿命，一旦芯片坏了，则需更换新设备。即使有的集中控制器含有电力载波模块，但其电力载波普遍采用基于FSK的调制方式，其存在抗干扰弱，速度极慢（300bps~600bps），且没有完整的协议栈等弊端，因此用户体验极差的缺陷，因此难以得到大量推广。

实用新型内容

针对现有技术中的上述不足，本实用新型的主要目的在于解决现目前的集中控制器存在处理能力较弱、寿命较短的问题，而提供一种具有较强的处理能力，而且抗干扰能力强、使用寿命较长的基于OFDM技术的智能集中控制器。

本实用新型的技术方案：一种基于OFDM技术的智能集中控制器，其特征在于，包括三相电源的A相线、B相线、C相线和零线，在A相线和零线之间连接有AC-DC模块，所述A相线、B相线、C相线和零线还分别与耦合变压器相连，所述耦合变压器与模拟前端芯片连接，所述模拟前端芯片通过SPI接口与DSP芯片相连，所述DSP芯片通过串口与高端ARM芯片相连，所述高端ARM芯片的型号为AM335X，所述高端ARM芯片通过串口与计量模块相连，在高端ARM芯片的MMC接口上连接有TF卡，高端ARM芯片还分别通过数据总线与DDR3存储器和NAND存储器相连，所述高端ARM芯片还通过视频控制总线与液晶显示触摸屏相连，高端ARM芯片通过串口与GPRS模块相连，在高端ARM芯片的网卡接口上还连接有有线通信模块。

优化地，所述DSP芯片的型号为TMS320F28069或TMS320F28PLC84。

一种基于OFDM技术的智能集中控制器的控制方法，其特征在于，高端ARM芯片根据其内部嵌入的Linux操作系统来实现任务调度，高端ARM芯片通过TCP/IP协议与物联网平台进行通信，高端ARM芯片通过IPV6协议与DSP芯片进行通信，并进行如下操作：

1）高端ARM芯片通过平台接收模块接收物联网平台的数据，并分别写入到第一队列和第二队列；其中，第一队列通过数据库处理模块从队列中取出数据，然后判断是否是配置信息，如果判断是配置信息，则保存到文件数据库并同步保存到内存数据库，如果判断不是配置信息，则直接保存到内存数据库；在第二队列中，通过电力载波发送模块读取数据并发送数据，所述电力载波发送模块在发送数据时，是通过DSP芯片将调制好的数字信号发送给模拟前端芯片，模拟前端芯片将接收到的数字信号进行放大并通过耦合变压器将数据发送到三相电源的电源线上，同时耦合变压器也将来自三相电源线上的电力载波信号耦合后发送给模拟前端芯片，模拟前端芯片将接收到的耦合信号进行过滤处理并转换成数字信号发送给DSP芯片，DSP芯片对数字信号进行处理后反馈给高端ARM芯片；所述高端ARM芯片根据电力载波发送模块读取和发送的数据来判断是否收到响应，如果判断是收到响应，则结束任务，如果判断未收到响应，则从内存数据库中取出数据重发，直到成功发送为止；

2）高端ARM芯片通过计量模块实现电压、电流、功率等参数的采集；

3）高端ARM芯片通过TF卡实现外部扩展的存储系统；

4）高端ARM芯片通过NAND存储器实现高端ARM芯片上的存储系统；

5）高端ARM芯片通过DDR3存储器实现运行所需的内存控制；

6）高端ARM芯片通过液晶显示触摸屏实现显示和触摸控制；

7）高端ARM芯片通过GPRS模块实现无线通信；

8）高端ARM芯片通过有线通信模块实现有线通信。

优化地，所述电力载波发送模块采用OFDM调制的电力载波通信，所述电力载波发送模块采用G3协议栈作为电力载波协议栈。在G3协议栈基础之上采用TCP/IP构建网络层和传输层，并再在TCP/IP基础之上定义应用层，实现完整的协议栈。所述完整的协议栈包括物理层、MAC层、网络层、传输层和应用层。所述OFDM调制的电力载波通信带宽为10KHz~90KHz，速率为46kbps。

本实用新型采用了AM335X为主处理芯片，其高达1GHz的处理主频，采用256MB的DDR3存储器作为内存。采用NAND存储和TF卡作为程序存储和数据存储的双存储系统，只要有一种存储介质坏了，可以切换到另外一种存储存储介质，这样大大延长使用寿命。本实用新型产品去掉了现有产品的485通信接口，直接使用电力载波实现其他设备的接入，简化系统的安装部署，并且便于后期扩展。不再直接输出控制信号来控制回路的开关等，而是接入回路控制器来控制回路的开关。

本实用新型的电力载波模块采用OFDM调制技术实现电力载波通信，在10KHz~90KHz范围内，通信速率高达46Kbps，实现完整的通信协议栈，实现真正的双工通信。本实用新型对钠灯进行最优的两级功率调整，节能效果高达40%以上。

相对于现有技术，本实用新型具有以下有益效果：

1、本实用新型的集中控制器采用AM335X为主处理芯片，其具有高达1GHz的处理主频，并且采用256MB的DDR3作为内存，处理能力更强，速度也更快，还具有很好的扩展功能。

2、本实用新型的集中控制器采用NAND存储和TF卡作为程序存储和数据存储的双存储系统，因此，只要有一种存储介质坏了，可以切换到另外一种存储介质，这样大大延长使用寿命。

3、由于去掉了485通信接口，直接使用电力载波实现其他设备的接入，直接使用电力载波实现其他设备的接入，无需布线，简化系统的安装部署，并且便于后期扩展。不再直接输出控制信号来控制回路的开关等，而是接入回路控制器来控制回路的开关等。

4、本实用新型中集中控制器内安装有电力载波模块，其电力载波模块采用OFDM调制技术，带宽为10KHz~90KHz，速率高达46kbps；电力载波模块协议栈采用G3协议栈，实现真正的双工通信；采用802.11中的MESH技术实现快速组网，并能适用于复杂的网络结构；对电力载波数据采用AES技术进行加密，节能效果高达40%以上。

附图说明

图1为本实用新型基于OFDM技术的智能集中控制器的结构示意图。

图2为本实用新型控制器采用的控制方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步说明。

如图1和图2所示，一种基于OFDM技术的智能集中控制器，包括三相电源的A相线、B相线、C相线和零线，在A相线和零线之间连接有AC-DC模块，所述A相线、B相线、C相线和零线还分别与耦合变压器相连，所述耦合变压器与模拟前端芯片连接，所述模拟前端芯片通过SPI接口与DSP芯片相连，所述DSP芯片通过串口与高端ARM芯片相连，所述高端ARM芯片的型号为AM335X，所述高端ARM芯片通过串口与计量模块相连，在高端ARM芯片的MMC接口上连接有TF卡，高端ARM芯片还分别通过数据总线与DDR3存储器和NAND存储器相连，所述高端ARM芯片还通过视频控制总线与液晶显示触摸屏相连，高端ARM芯片通过串口与GPRS模块相连，在高端ARM芯片的网卡接口上还连接有有线通信模块。

本实用新型中，A相线和零线与AC-DC模块连接，AC-DC模块将交流变成直流，为各个芯片提供所需的电源，由于AC-DC模块与其他各个模块的连接属于现有技术，因此在本实用新型中未详细描述。工作时，A相线、B相线、C相线和零线与耦合变压器连接，耦合变压器将来自三相的电力载波信号耦合供模拟前端芯片处理。同样模拟前端芯片也将需要发送的数据经过耦合变压器发送到三相上。模拟前端芯片接收到已调制好的数字信号进行放大，将需要发送的数据通过耦合变压器发送到三相上。模拟前端通过耦合变压器接收三相电源线上的电力载波数据，对接收到的数据进行滤波等相关处理并转换成数字信号。

所述DSP芯片（其型号可以为TMS320F28069、TMS320F28PLC84等）通过SPI接口与模拟前端芯片进行连接。DSP芯片实现OFDM调制和电力载波的协议栈。其中，OFDM的带宽为10KHz~90KHz，速率可以高达46kbps。OFDM调制实现了完整的G3协议栈，能够实现真正的双工通信。

本实用新型中，高端ARM芯片为AM335X，它是整个产品的核心。高端ARM芯片通过串口与DSP芯片连接，实现数据的发送和接收。高端ARM芯片通过串口与计量芯片连接，实现电压、电流、功率等参数的采集。高端ARM芯片通过MMC接口与TF卡连接，实现外部扩展的存储系统。高端ARM芯片通过数据总线接口与NAND存储器连接，实现高端ARM芯片上的存储系统。高端ARM芯片通过总线与DDR3存储器连接，实现运行所需的内存。高端ARM芯片通过显示接口及控制接口与液晶及触摸屏模块连接，实现显示和触摸控制。高端ARM芯片通过串口与GPRS模块连接，实现无线通信。高端ARM芯片通过网卡接口与有线通信模块连接，实现有线通信。

本实用新型中，高端ARM芯片根据其内部嵌入的Linux操作系统来实现任务调度，高端ARM芯片通过TCP/IP协议与物联网平台进行通信，高端ARM芯片通过IPV6协议与DSP芯片进行通信，并进行如下操作：

1）高端ARM芯片通过平台接收模块接收物联网平台的数据，并分别写入到第一队列和第二队列；其中，第一队列通过数据库处理模块从队列中取出数据，然后判断是否是配置信息，如果判断是配置信息，则保存到文件数据库并同步保存到内存数据库，如果判断不是配置信息，则直接保存到内存数据库；在第二队列中，通过电力载波发送模块读取数据并发送数据，所述电力载波发送模块在发送数据时，是通过DSP芯片将调制好的数字信号发送给模拟前端芯片，模拟前端芯片将接收到的数字信号进行放大并通过耦合变压器将数据发送到三相电源的电源线上，同时耦合变压器也将来自三相电源线上的电力载波信号耦合后发送给模拟前端芯片，模拟前端芯片将接收到的耦合信号进行过滤处理并转换成数字信号发送给DSP芯片，DSP芯片对数字信号进行处理后反馈给高端ARM芯片；所述高端ARM芯片根据电力载波发送模块读取和发送的数据来判断是否收到响应，如果判断是收到响应，则结束任务，如果判断未收到响应，则从内存数据库中取出数据重发，直到成功发送为止；通过上述的机制，就可以保证数据可靠的传输到单灯控制器。采用这种机制，同样可以保证单灯控制器的数据成功传输到中心平台。需要说明的是，这里的平台接收模块、数据库处理模块和电力载波发送模块均为预置的控制程序，通过不同的模块可以实现对应的操作。

2）高端ARM芯片通过计量模块实现电压、电流、功率等参数的采集；

3）高端ARM芯片通过TF卡实现外部扩展的存储系统；

4）高端ARM芯片通过NAND存储器实现高端ARM芯片上的存储系统；

5）高端ARM芯片通过DDR3存储器实现运行所需的内存控制；

6）高端ARM芯片通过液晶显示触摸屏实现显示和触摸控制；

7）高端ARM芯片通过GPRS模块实现无线通信；

8）高端ARM芯片通过有线通信模块实现有线通信。

所述电力载波发送模块采用OFDM调制的电力载波通信，所述电力载波发送模块采用G3协议栈作为电力载波协议栈。在G3协议栈基础之上采用TCP/IP构建网络层和传输层，并再在TCP/IP基础之上定义应用层，实现完整的协议栈。所述完整的协议栈包括物理层、MAC层、网络层、传输层和应用层。所述OFDM调制的电力载波通信带宽为10KHz~90KHz，速率为46kbps。在G3协议栈中，物理层、低MAC层和6LoWPAN层构成了G3协议栈，其中低MAC层和6LoWPAN层构成MAC层。采用IPv6实现汇聚，实现具体的网络层功能，采用UDP和ICMP来实现具体的传输层功能，最上层为应用层协议。物理层实现OFDM调制技术和编码等，子带可以采用DBPSK、DQPSK、D8PSK等，编码采用前向纠错编码技术。MAC层主要实现总线竞争、组网等功能，总线竞争采用CSMA-CA技术，组网采用MESH组网技术。网络层和传输层采用Linux下已实现的标准的TCP/IP技术。应用层主要实现针对路灯应用的协议，应用协议要求使用灵活，便于扩展。在应用层中，设置了消息头和消息体，消息体主要包括地址段、数据段和CRC。地址段包括地址总长，地址TLV，通过地址总长和地址TLV就可以包括多个地址。TLV是具体的地址数据，即T为Tag，表示地址的标签，用来区别不同的设备和不同的地址类型，如“NT01”表示单个钠灯，“ET01”表示单个LED灯，“NT99”表示所有钠灯；L表示地址的长度；V表示具体的地址数据。数据段包括数据总长和数据TLV，通过数据总长和数据TLV就可以包括多个数据，比如可以同时传输电压、电流、功率等电气参数，也可以只传部分，这样就非常灵活，并且非常容易扩展。扩展不同的参数时，只需要增加不同的TLV就可以了，数据TLV和地址TLV类似，这里不再进行描述。

本实用新型的集中控制器通过TCP/IP与物联网平台进行通信，通过IPV6与三相电力载波模块进行通信。其多模块之间通过内存数据库和队列实现数据交换。通过内存数据库来提高处理性能，并且对执行的命令进行跟踪。通过监控模块来检测进程的执行状态，如通信是否正常、是否出现死锁等，并进行相应处理，以此来保证控制的可靠性。

本实用新型的关键在于，集中控制器内含有电力载波模块，并且电力载波模块采用基于OFDM调制技术的电力载波作为通信技术。采用G3协议栈作为电力载波的协议栈，在此基础上构建完整的协议栈。采用MESH技术作为电力载波的组网技术。以及采用DSP芯片实现OFDM调制技术和G3协议栈。而且采用NAND存储和TF卡作为程序存储和数据存储的双存储系统，只要有一种存储介质坏了，可以切换到另外一种存储存储介质，这样大大延长使用寿命。采用内存数据库和文件数据库进行数据保存，并且只有配置信息保存到文件数据库，处理时采用内存数据库保存，提高处理速度。

需要说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型技术方案而非限制技术方案，尽管申请人参照较佳实施例对本实用新型作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，那些对本实用新型技术方案进行的修改或者等同替换，不能脱离本技术方案的宗旨和范围，均应涵盖在本实用新型权利要求范围当中。

Claims (2)

1.一种基于OFDM技术的智能集中控制器，其特征在于，包括三相电源的A相线、B相线、C相线和零线，在A相线和零线之间连接有AC-DC模块，所述A相线、B相线、C相线和零线还分别与耦合变压器相连，所述耦合变压器与模拟前端芯片连接，所述模拟前端芯片通过SPI接口与DSP芯片相连，所述DSP芯片通过串口与高端ARM芯片相连，所述高端ARM芯片的型号为AM335X，所述高端ARM芯片通过串口与计量模块相连，在高端ARM芯片的MMC接口上连接有TF卡，高端ARM芯片还分别通过数据总线与DDR3存储器和NAND存储器相连，所述高端ARM芯片还通过视频控制总线与液晶显示触摸屏相连，高端ARM芯片通过串口与GPRS模块相连，在高端ARM芯片的网卡接口上还连接有有线通信模块。

2.根据权利要求1所述的一种基于OFDM技术的智能集中控制器，其特征在于，所述DSP芯片的型号为TMS320F28069或TMS320F28PLC84。